Järnsvamp och koldioxidutsläpp från annat än bränsle

Under förra året lanserades HYBRIT, ett samarbetsprojekt mellan SSAB, LKAB och Vattenfall som ska leda till koldioxidfri järnproduktion. Framför allt vill man ersätta kolet som används i dagens järnproduktion med vätgas, vilket låter som en rätt vanlig ambition när det handlar om att ställa om till fossilfri produktion. Trots det finns det en skillnad mellan detta och många andra omställningsprojekt, och det handlar om hur man använder kol.

När man eldar upp fossila bränslen som olja och kol är det oftast för att man vill komma åt den kemiska energin som är lagrad i bränslet och använda den till att värma upp något (eller, i en förbränningsmotor, att få en gas att expandera). Ska man ersätta fossila bränslen i de fallen behöver man en annan energikälla - sol- eller vindkraftsel, kärnkraft, biobränslen - och ibland också ett sätt att transportera energin till rätt plats, som batterier. I järnframställning är lite annorlunda eftersom det inte huvudsakligen är värme man är ute efter. Istället använder man vissa kemiska egenskaper hos kolet för att möjliggöra en viss kemisk reaktion.

Järnmalm innehåller järnoxider, alltså mineraler som består av både järn och syre. För att skilja järn från syre behöver man tillsätta något annat som reagerar med järnoxiden och binder till syreatomerna. Ofta använder man kol, eller mer precist kolmonoxid som bildas när man hettar upp kol i en syrefattig miljö. Kemi-termen för detta är att man reducerar järnmalmen. Inom kemin betyder reduktion att ett ämne tar upp elektroner, om ett ämne istället ger ifrån sig elektroner kallas det oxidation. Om man eldar upp t.ex. en bit kol ger kolet ifrån sig elektroner till syre från den omgivande luften, d.v.s. det oxideras, och syret reduceras när det tar upp elektroner. När järnmalmen reduceras oxideras kolmonoxiden och blir i slutändan koldioxid.

I HYBRIT vill man alltså ersätta kolet med vätgas, vilket leder till att man får vatten istället för koldioxid. Det finns redan metoder för att använda en blandning av vätgas och kolmonoxid, vilket producerar så kallad järnsvamp (järn i en väldigt porös form) istället för vanligt tackjärn. Poängen är att man inte bara har ersatt en energikälla här, utan en komponent i vad som i praktiken är en kemisk process, vilket kräver anpassningar och leder till en lite annan produkt.

Järnframställning är inte den enda process där man behöver byta ut sina råvaror för att eliminera koldioxidutsläppen. Ett annat vanligt exempel är cementframställning. En försvarlig del av koldioxidutsläppen där kommer från en kemisk reaktion där man omvandlar kalciumkarbonat, som innehåller kol, till kalciumoxid, som inte innehåller kol. För att komma till rätta med dessa utsläpp behöver man alltså ersätta kalciumkarbonat med något annat (eller möjligen fånga upp koldioxiden på något sätt). Det finns förslag på saker man delvis kan ersätta kalciumkarbonatet med, bland annat masugnsslagg och flygaska, men det kan i sin tur påverka cementens egenskaper.

Det speciella med en omställning till koldioxidfri tillverkning i de här fallen är som sagt att den råvara som är orsak till utsläppen inte bara är en energikälla utan har kemiska eller mekaniska egenskaper som påverkar resultatet. Att hitta en lämplig ersättning kräver riktade insatser inom forskning och utveckling, anpassade till det specifika användningsområdet snarare än på att ersätta energikällor. Vi lär se fler projekt som Hybrit i framtiden, i flera olika typer av industri med liknande problem.

Tankar kring "Vad händer med klimatet?" av Lennart Bengtsson

Den här texten är ett sätt att skjuta upp något besvärligt. För ett tag sedan läste jag nämligen "Apocalypse Never", en bok skriven av den amerikanske miljöaktivisten Michael Shellenberger. I denna ganska digra volym framför författaren ett antal argument i klimatfrågan som skulle få många att åtminstone höja på ögonbrynen, eller för all del höja rösten. Planen var att jag skulle skriva nåt om Shellenbergers bok, men det visade sig vara besvärligare än jag hade trott, delvis på grund av ett stort behov av faktagranskning. Jag hade tidigare träffat på "Vad händer med klimatet?" av Lennart Bengtsson och fick för mig att den kanske skulle kunna funka som en bra förberedelse - själva boken är betydligt kortare och det borde vara lättare för mig att förstå en svensk professor än en amerikansk aktivist.

"Vad händer med klimatet?" kom ut 2019 och är skriven av Lennart Bengtsson, som är professor i dynamisk meteorologi och har forskat kring klimat- och väderfenomen under hela sin karriär. Framför allt har han arbetat med numerisk och datorbaserad modellering av både väder och klimat. Enligt det CV som finns med i slutet av boken har han också deltagit i ett flertal internationella forskningssamarbeten under sin karriär. Om man googlar Lennart Bengtsson inser man raskt att han också deltagit i debatten kring klimatförändringar och klimatpolitik, mestadels i samband med att boken kom ut. Jag tänker inte gå in på detaljerna här då det lätt skulle kunna bli ett helt eget inlägg (dessutom förmodligen ett ganska tråkigt inlägg), men han verkar ha fått mothugg både från Uppsalainitiativet och från grupper som totalt förnekar växthuseffekten.

Låt oss istället ta oss an själva boken. Som jag ser det består "Vad händer med klimatet?" av två delar. Den första omfattar åtminstone de första nio kapitlen, möjligen också delar av kapitel tio, och ger en lättfattlig introduktion till vad som påverkar Jordens klimat och hur man bedriver forskning på klimat, väder och de faktorer som påverkar dem. Den andra delen, som innefattar de sista fyra - fem kapitlen och bokens avslutning, känns mer spekulativ och handlar om sådant som IPCC, världens energiförsörjning och Sveriges roll i det internationella klimatarbetet.

Introduktionen till klimatforskning i de första nio kapitlen är som sagt lättfattlig och är såvitt jag kan bedöma väldigt väl underbyggd, som man kan förvänta sig av en expert på området. Det är gott om färgglada och illustrativa figurer och diagram som visar sådant som energiflöden i atmosfären och påverkan av olika fenomen på den globala temperaturen. Det kan vara värt att påpeka att just när det gäller den globala temperaturökningen är Bengsson mycket tydlig med att den beror på den ökade halten växthusgaser.

Jämfört med annan klimatrelaterad populärvetenskap jag träffat på är den här redogörelsen mer detaljerad, t.ex går Bengtsson noga in på hur olika växthusgaser påverkar energiflödena i atmosfären och under hur lång tid, hur de stigande havsnivåerna fördelar sig över Jorden och vad fenomen som El Niño och Nordatlantiska Oscillationen har för effekter. Detsamma gäller kapitlet om extremväder, där Bengtsson diskuterar vad han anser man kan dra för slutsatser om värmeböljor, extrem nederbörd och tropiska stormar. Speciellt intressanta är kapitlen 5 och 9, som handlar om matematiska modeller av väder och klimat. Här nämns olika svårigheter med väder- och klimatmodeller, t.ex. problem med att modellera påverkan från moln och hav eller de stora beräkningsresurser som krävs för en detaljerad modell. 

 De senare kapitlen känns som sagt mer spekulativa framför allt när författaren ger sig in på områden som han inte är expert på, exempelvis frågan om energiförsörjning och hur mycket förnyelsebar energi som teoretiskt sett skulle kunna utvinnas. Här finns också stycken där Bengtsson uttalar sig om saker som ligger inom hans forskningsfält men där fakta inte verkar vara lika etablerade som de mer grundläggande saker som tas upp i de första kapitlen. Det mest slående exemplet är kanske när Bengtsson på sidan 190 avfärdar så kallade tipping points, tillstånd där den globala temperaturen eller koldioxidhalten når en nivå som utlöser okontrollerbara kedjereaktioner och därmed orsakar en skenande global uppvärmning. Bengtsson hävdar att teorierna om tipping points saknar tillräckligt vetenskapligt underlag, men han refererar inte till någon källa utan verkar luta sig mot sin personliga expertis. Brist på referenser är för övrigt en stor svaghet framför allt i denna andra del av boken. 

Den övergripande tesen i denna andra del av boken verkar vara att man bör göra något åt den globala uppvärmningen genom att reducera och på sikt helt eliminera koldioxidutsläppen, men att det inte är så bråttom som det hävdas i den allmänna debatten. Bengtsson verkar anse att konsekvenserna av en fortsatt uppvärmning är mindre allvarliga än det oftast framställs som och att det därför är fullt rimligt att sikta på ett scenario där de globala koldioxidutsläppen når sin topp runt 2040, eller till och med 2080, för att sedan avta. Detta antas leda till en temperaturökning på 2-3 grader eller mer och skulle enligt författaren innebära en realistisk tidsplan för att ställa om dagens energisystem och ge länder med mindre utvecklad energiförsörjning en möjlighet att "komma ikapp" med hjälp av kol och olja innan de växlar till förnyelsebara energikällor. Bengtsson medger att värmeböljor och stigande havsnivåer kommer att innebära problem, men det är ändå rätt mycket som inte tas upp i den här framställningen - t.ex. konsekvenser för olika mer eller mindre känsliga ekosystem.

Slutligen kan jag inte låta bli att påpeka att när det väl finns referenser är de inte alltid så välvalda eller väl återgivna. Ett exempel finns på sidan 146, där det i ett resonemang om värmeböljor kontra extrem kyla hävdas att "för några år sedan frös 24000 britter ihjäl därför att många inte hade råd med uppvärmning". Gräver man vidare lite i källorna verkar det dock som om människor inte direkt frös ihjäl, utan att kylan (och bristen på uppvärmning inne) förvärrade sådant som influensa, lungsjukdom och hjärtproblem (se här och här). Det innebär ju inte att dödsfallen inte är tragiska, men att påstå att människor just fryser ihjäl blir ändå lite missvisande. 

Ett annat och mer förbluffande exempel finns på sidan 157 i en diskussion kring den avkylningseffekt som man ansåg sig kunna se under 50- och 60-talen. Som exempel på vad Bengtsson kallar "spekulativa tidningsartiklar" i ämnet refererar han till en artikel i TIME från den 8:e april 1977 med titeln "How to survive the coming ice age" - en artikel som enligt både TIME själva* och snopes inte existerar. Det märkliga är att eftersom Bengtsson är noga med att påpeka att man i seriösa vetenskapliga kretsar ganska fort började bekymra sig över en tilltagande uppvärmning istället hade han lika gärna kunnat referera till en existerande artikel i TIME, från 1974. Detta har karaktären av ett misstag snarare än ett medvetet försök att vilseleda någon, men man kan ändå fundera på hur varken den akademiskt meriterade författaren eller någon på förlaget (Karnival) lyckades snappa upp att de refererat till en text som inte finns?

Allt som allt lämnar den här boken mig med blandade känslor. De första nio-tio kapitlen är bra och intressanta och tar upp aspekter av klimat och klimatvetenskap som inte diskuteras så mycket annars. De sista fyra-fem kapitlen innehåller också en hel del som är intressant men hade gott kunnat vara dubbelt så långa med mer grundliga resonemang och fler referenser för att klargöra varför författarens bedömning av forskningsläget skiljer sig så mycket från den gängse bilden. Gärna då välvalda referenser till texter som existerar - och på tal om det hade alltihop nog kunnat tåla en extra genomgång innan publicering för att undvika misstag.

*Vad jag syftar på här är att det inte publicerades något exemplar av TIME på det angivna datumet, vilket framgår av den länkade sidan

Vad finns det att säga om koldioxidavskiljning?

I december förra året fick jag syn på en lite intressant grej i mitt Facebookflöde: Ett inlägg från Chalmers Tekniska Högskola som beskrev hur några av deras forskare (i samarbete med andra forskare vid Stockholms Universitet) tagit fram ett nytt, lovande material för så kallad koldioxidavskiljning och lagring, även kallat CCS (carbon capture and storage). Det verkade intressant dels av materialvetenskapliga skäl, dels för att man hör förvånansvärt lite om CCS-teknik rent allmänt. Andra tekniker kopplade till minskade koldioxidutsläpp, som uppladdningsbara batterier, bränsleceller och biobränslen, får betydligt mer uppmärksamhet. Så vad finns det att säga om CCS?

Tanken med koldioxidavskiljning och -lagring är att man ska kunna skilja ut koldioxid från en blandning av gaser, som t.ex. röken från kol- och oljeeldade kraftverk, och därmed hindra den från att spridas i atmosfären. Istället transporteras koldioxiden bort och lagras under längre tid utan att släppas ut. Havsbotten och vissa typer av berggrund brukar framhållas som lämpliga lagringsplatser, exempelvis görs försök i Norge med att lagra koldioxid från gasfält i berggrunden på havsbotten nära gasfyndigheterna. Alla steg i den här processen har sina tekniska utmaningar, kostnader och risker, till exempel skulle ett oavsiktligt utsläpp av koldioxid från lagringsplatsen både omintetgöra nyttan med avskiljningen och potentiellt också orsaka skador på människor och natur i omgivningen. Enligt en översiktsartikel från 2018, publicerad i Royal Society of Chemistry's tidskrift Energy and Enviromental Science, har försök med tekniken har visat sig bli dyra och tidskrävande, delvis på grund av installationskostnader och infrastruktur som behöver byggas upp. Om man däremot lyckas med CCS hägrar möjligheten att få till stora, snabba minskningar av koldioxidutsläppen.

Chalmersforskarnas nya material är som sagt tänkt att användas för själva avskiljningen av koldioxid. För att förstå problemen de försöker lösa får vi återvända till översiktsartikeln som jag länkade till innan. Där beskrivs bland mycket annat hur de flesta existerande försök med CCS-teknik skiljer ut koldioxiden med hjälp av en blandning av vatten och olika kemikalier, oftast så kallade aminer. Det här är en teknik som länge använts för att rensa ut koldioxid ur naturgas och därmed få en renare och bättre naturgas att elda upp, men tekniken kan också användas på utsläpp från exempelvis kolkraftverk. Själva koldioxidavskiljningen förbrukar tyvärr en hel del energi eftersom man behöver få ut koldioxiden ur vattenlösningen igen för att transportera iväg den, t.ex. genom att hetta upp lösningen. Dessutom är många av de här vattenlösningarna giftiga och i högre koncentrationer också frätande, vilket kan ställa till problem både när det gäller slitage i anläggningen och vid utsläpp.

För att komma runt detta vill man utveckla material som kan ta upp koldioxid men som inte är vattenlösningar eller vätskor utan fasta material. Dessa skulle, förutom lägre utsläpprisk, kunna bli lättare att installera i kraftverk och fabriker i efterhand och även kräva mindre energi jämfört med vattenlösningarna när koldioxiden ska skiljas från materialet och transporteras vidare till lagringen. Artikeln som Chalmersforskarna skrivit handlar om just ett sådant material. Det består av två komponenter, där den ena är ett sorts poröst nätverk av gelatin och cellulosa (ja, sån som finns i träd, fast de har processat den till en lite annan form) som ger materialet stadga samtidigt som det släpper igenom gaser som koldioxid. Den andra komponenten är en så kallad zeolit, ett mineral som består av aluminium och kisel och som har en väldigt speciell struktur med stora hålrum och porer i. Koldioxidmolekyler kan fastna på ytan av zeoliten, och tack vare den porösa strukturen finns det väldigt mycket yta för dem att fastna på.

Kombinationen av zeoliter, gelatin och cellulosa i Chalmersforskarnas material ska göra det lätthanterligt och lättinstallerat, billigt och dessutom mestadels biologiskt nerbrytbart. Det kan alltså vara en del i utvecklingen av billigare och mer lätthanterlig CCS-teknik, som i sin tur kanske kan användas mer och få mer uppmärksamhet. En annan fråga är emellertid om det är dit man egentligen vill komma. Något som skiljer CCS från mer uppmärksammade tekniker som bränsleceller och förnybar energi är att de två sistnämnda har en tydlig roll i ett samhälle som ställt om från fossila bränslen, medan CCS handlar om att fortsätta generera koldioxid men inte släppa ut den. Intresset, eller bristen på intresse, för CCS har också att göra med om man ser tekniken som ett sätt att fördröja eller hindra en nödvändig omställning, eller som ett sätt att kunna minska koldioxidutsläppen fortare än vad man kan ställa om till koldioxidneutrala energikällor och produktionsmetoder. Så det finns en del att säga om CCS - från olika perspektiv.